T.C.
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ATIKSULARDAKİ MİKROPLASTİK KİRLİLİĞİNİN İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Berkim CEYLAN
Enstitü Anabilim Dalı : ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ
Tez Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Meral YURTSEVER
Mart 2017
BEYAN
Tez içindeki tüm verilerin akademik kurallar çerçevesinde tarafımdan elde edildiğini, görsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçların akademik ve etik kurallara uygun şekilde sunulduğunu, kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapılmadığını, başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunulduğunu, tezde yer alan verilerin bu üniversite veya başka bir üniversitede herhangi bir tez çalışmasında kullanılmadığını beyan ederim.
Berkim CEYLAN 14.03.2017
i TEŞEKKÜR
Yüksek lisans eğitimim boyunca değerli bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım, her konuda bilgi ve desteğini almaktan çekinmediğim, araştırmanın planlanmasından yazılmasına kadar tüm aşamalarında yardımlarını esirgemeyen, teşvik eden, aynı titizlikte beni yönlendiren değerli danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Meral YURTSEVER’e teşekkürlerimi bir borç bilirim.
Laboratuvar çalışmalarımda bana yardımcı olan sevgili arkadaşlarım İnci ÇELİK, Elif Özlem KIRKAN, Mesut SEZER ve Yavuz Selim ÜNLÜ’ye teşekkürlerimi sunarım.
Tez çalışmalarımda bana değerli fikirleriyle yardımcı olan Bayram MUTLU, Batuhan SARIKAYA ve Muhammed HAS’a teşekkürlerimi sunarım.
Karaman Atık Su Arıtma Tesisinden numune alımında bize yardımcı olan Sayın Mustafa DURANSOY’a teşekkür ederim.
Ayrıca bu çalışmanın maddi açıdan desteklenmesine olanak sağlayan TÜBİTAK’a (Proje No: 115Y112) teşekkür ederim.
ii İÇİNDEKİLER
TEŞEKKÜR ... i
İÇİNDEKİLER ... ii
SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ ... iv
ŞEKİLLER LİSTESİ ... v
TABLOLAR LİSTESİ ... vi
ÖZET ... vii
SUMMARY... viii
BÖLÜM 1. GİRİŞ ... 9
BÖLÜM 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMALARI ... 6
BÖLÜM 3. MİKROPLASTİK KAYNAKLARI VE ŞEKİL ÖZELLİKLERİ ... 12
3.1. Mikroplastiklerin Kaynakları ... 12
3.2. Mikroplastiklerin Şekil Özellikleri ... 13
BÖLÜM 4. NUMUNE SEÇİMİ VE YÖNTEM ... 15
4.1. Numune Seçimi... 16
4.2. Yöntem ... 16
4.2.1. Kullanılan araç-gereçler... 17
4.2.2. Kullanılan kimyasal çözeltiler ... 17
iii
4.3. Analizler ... 17
4.3.1. AKM analizi ... 17
4.3.2. KOİ, sıcaklık ve pH analizi... 18
4.3.3. Işık mikroskop analizi ... 18
4.3.4. FT-IR analizi ... 25
BÖLÜM 5. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 27
KAYNAKLAR ... 31
ÖZGEÇMİŞ... 36
iv
SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ
AAT : Atık su arıtma tesisi AKM : Askıda katı madde miktarı KOİ : Kimyasal oksijen ihtiyacı
MP : Mikroplastik
NaCI NaI NaOH PAH PCB ZnCI2
: Sodyum klorür : Sodyum iyodür : Sodyum hidroksit
: Poliaromatik hidrokarbonlar : Poliklorlu bifeniller
: Çinko klorür H2O2 : Hidrojen peroksit PA
PVC PET
: Polyamid : Polivinil klorür : Polietilen tereftalat
v ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1.1. Vacha barajı plastik kirliliği . ………. 2
Şekil 2.1. Atık su arıtma tesisi akış şeması ……….……….. 9
Şekil 3.1. Analiz edilen katı parça kesitinde bulunan mikroplastikler ……….. 14
Şekil 3.2. Mikroplastiklerin fotoğrafları ….……….……….... 14
Şekil 4.1. Karaman atık su arıtma tesisi akış şeması ……...…….………... 17
Şekil 4.2. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü ……... 19
Şekil 4.3. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü ... 19
Şekil 4.4. Parçacık tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü …... 20
Şekil 4.5. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü ………... 20
Şekil 4.6. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü ………... 21
Şekil 4.7. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü ………… 21
Şekil 4.8. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü ………… 22
Şekil 4.9. Bruker LUMOS model FT-IR mikroskopu .………....…. 26
vi TABLOLAR LİSTESİ
Tablo 2.1. Ünitelerdeki yüzde mikroplastik giderim oranı ve günlük
mikroplastik salınımı………..……… 10
Tablo 2.2. Farklı derinliklerdeki mikroplastik kirliliğini ölçme çalışmaları …... 11 Tablo 2.3. 500 gram sulu çamur ve 500 gram askıda katı madde miktarının
mikroplastik miktarlarının karşılaştırılması………... 11 Tablo 2.4. Mikroplastiklerin tutulma oranları ………....…… 11 Tablo 3.1. Mikroplastik tiplerinin tanımlanması ve potansiyel kaynakları .….. 13 Tablo 4.1. Numunelerdeki askıda katı madde miktarları ……… 18 Tablo 4.2. Numunelerin KOİ, sıcaklık ve pH.değerleri ………... 18 Tablo 4.3. Giriş numunesi inceleme sonuçları ……….………... 22 Tablo 4.4. Giriş numunesi ortalama boyut inceleme sonuçları …………...….. 23 Tablo 4.5. Kum tutucu numunesi inceleme sonuçları ……….……….... 23 Tablo 4.6. Kum tutucu numunesi ortalama boyut inceleme sonuçları ……….. 24 Tablo 4.7. Çıkış numunesi inceleme sonuçları ………....……..…… 24 Tablo 4.8. Çıkış numunesi ortalama boyut inceleme sonuçları ………..……. 25 Tablo 4.9. Karaman atık su arıtma tesisi ünitelerindeki yüzde mikroplastik
giderim oranı ve günlük mikroplastik bırakımı……….. 29 Tablo 4.10. Atık su arıtma tesislerinin mikroplastik arıtma verimi ve günlük salınan mikroplastik miktarı karşılaştırılması………. 29
vii ÖZET
Anahtar kelimeler: Atık su Arıtma Tesisi (AAT); Karakterizasyon; Kirletici;
Mikroplastik; Mikrolifler
5 mm’den küçük plastik parçacıkları “mikroplastik” olarak tanımlanmaktadır.
Plastikler toksik organik kirleticileri tutabilme potansiyeline sahiptir. Balıklar, çekirgeler, kuşlar, böcekler ve daha küçük boyuttaki canlılar, sulara ve çevreye dağılan mikroplastikleri yiyecek zannederek yutabilmektedir. Böylece mikroplastikler, zehirli kirleticilerin besin zinciri boyunca taşınmasına ve dolayısıyla çevredeki canlıların olumsuz yönde etkilenmesine sebep olmaktadır.
Bu çalışmada atık su arıtma tesisine gelen mikroplastiklerin giderilip giderilmediği incelenmeye çalışılmıştır. Aktif çamur sistemi ile çalışan bir atık su arıtma tesisinin giriş, kum tutucu çıkışı ve arıtma çıkışı bölümlerinden alınan numunelerde mikroplastiklerin varlığı incelenmiştir. Alınan numunelerdeki mikroplastikleri ayırabilmek amacıyla; tuz ile yoğunluğu arttırılmış (ağırlaştırılmış) çözelti hazırlama, yüzdürme, santrifüj, filtrasyon, yıkama, kurutma vb. gibi işlemler yapılmıştır. Bu şekilde ayrılan mikroplastikler; önce bir ışık mikroskobu ile tip, renk ve sayısına göre sınıflandırılarak sayılmış, daha sonra mikroskoplu ATR-FT-IR cihazı ile polimer tipleri belirlenmiştir.
Yapılan çalışmalar sonucu Karaman Atık su Arıtma Tesisinin, atık sudaki mikroplastikleri % 57,51 oranında tutabildiği ve her gün yaklaşık 8415 milyon mikroplastiğin alıcı ortama geçebileceği tespit edilmiştir.
Çamaşır makinelerinin tasarımında sentetik iplikleri tutabilecek bir ünite oluşturulması, klasik arıtma yapan atık su arıtma tesislerine ultrafiltrasyon ünitesi yapılması mikroplastik kirliliğine çözüm olarak önerilebilir. Ayrıca mikroplastikler konusunda “farkındalığı artırma”, vergilerle ve caydırıcı cezalarla tek kullanımlık plastiklerin aşırı kullanımının önüne geçilmesi, plastik geri dönüşümünün ve tekrar kullanımının yaygınlaştırılması, atığı kaynağında önleme, atık minimizasyonu vb.
gibi çalışmalar da yapılmalıdır.
viii
INVESTIGATION OF MICROPLASTICS POLLUTION IN THE WASTE WATER
SUMMARY
Keywords: Wastewater treatment plant, Characterization, Pollution, Microplastics, Microfibre
Smaller particles than 5 mm are identified as microplastics has a capacity of holding toxic organic dirties. Fish, grasshopper, birds, insectisides and smallest living creatures can swallow microplasts as a food which scatter around environment and water. So microplastics help poisonous dirties which are carried on food chain and cause living things to be effected in a negative way.
This study, it is deal with microplastics which come to the wastewater refinery system are eliminated. With the active mud system, the samples which are from the entrance of active working wastewater, refinery system, the exit of sand holder and the exit of refinery, microplastics are examined. By the way of purpose of diving microplastics with the salt preparing, sailing, centrifuge, filtration, washing and drying methods are used. Microplastics are classified into its colour, its number. They are counted then polymer types are identified by microscope with ATR FT-IR equipment.
It shows us the fact that, after the studies that has been made in Karaman Wastewater Treatment Plant the ratio of 57,51% of the microplastics in wastewater which is 8415 million microplastics daily, in the wastewater is discharging to clean water sources and polluting them.
As a solution for microplastics, developing a unit that holds the synthetic fabric in washing machines and building a ultrafiltration unit to convantionel treatment plant can be made. Furthermore, studies like, ‘’increase the awareness’’, to decrease the overuse of plastics with the taxes and deterrent punishments, promoting plastic reuse and recycle, prevent the waste on the source, waste minimisation etc. should be made for microplastics.
BÖLÜM 1. GİRİŞ
Plastikler günümüzde hafif, esnek, kolay işlenebilen ve ekonomik olarak ucuz bir madde olduğundan dolayı çok yaygın kullanılmaktadır. En yaygın kullanılan plastikler; polietilentereftalat (PET), polyamid (naylon), polyester, polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS) ve polivinil klorür (PVC) dür. Plastiklerin kullanımı son 50 yıldır endüstrinin gelişmesine bağlı olarak aşırı arttığından dolayı çevremizdeki plastik çöpler de artmaya başladı. Dünya’da 1950’lerde yıllık üretilen plastik 1,5 milyon ton iken 2011 yılında yaklaşık 280 milyon ton plastik üretilmiştir (Plastics Europe, 2012).
Sadri, S.S. ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada plastiklerin boyutları incelendiğinde
% 82 oranında 5 mm’ den küçük mikroplastikler olduğu tespit edilmiştir. En yüksek bulunan plastik tiplerinin ise; % 40 polietilen, % 25 polistiren, % 19 polipropilen olduğu tespit edilmiştir (Sadri, S.S., ve ark., 2014).
Plastik çeşitleriyle alakalı bir araştırma da 2007 yılında Andrady ve arkadaşları küresel plastik üretiminde en yaygın olarak kullanılan plastik polimerlerin sırasıyla
% 24 polipropilen, % 21 polietilen ve % 19 polivinil klorürdür olduğunu tespit etmiştir (Andrady, 2011).
Plastik kirliliği kara ortamının kirletici unsurlardan biri olduğu gibi su ortamını da kirleten başlıca faktörlerden biridir. Buna Şekil 1.1.’deki fotoğraf örnek olarak gösterilebilir. Fotoğraf su ortamındaki kirliliğin ne boyutlarda olduğunu açıklaması açısından anlamlıdır. Kirliliğin olduğu bu yer Bulgaristan’a bağlı Krichim kasabası yakınlarındaki Vacha barajıdır. Fotoğraf Dimitar DILKOFF tarafından 25 Nisan 2009’ da çekilmiştir.
2
Şekil 1.1. Vacha barajı plastik kirliliği.
Plastikler, fiziksel aşınmaya maruz kaldığında aşamalı olarak parçalanıp mikroplastik denen çok daha küçük parçalara bölünebilmektedir. Mikroplastikler 5 mm’den küçük olan plastiklerdir. (Artur ve ark., 2009; Hidalgo-Ruz ve ark., 2012). Mikroplastikler iki farklı gruba ayrılabilirler. Bunlar birincil mikroplastikler ve ikincil mikroplastikler olarak adlandırılır. Birincil mikroplastikler mikroskopik boyutlarda üretilmekte olup, kozmetik ürünlerinde, yüz temizleme ürünlerinde ve havayla temizleme cihazlarında bulunmaktadır (Gregory ve ark., 2009). İkincil mikroplastikler ise büyük plastiklerin (Thompson ve ark., 2009), güneş ışığı, su, rüzgar ve diğer çevresel etmenlerle küçük parçalara ayrılması neticesinde oluşmaktadır (Singh ve ark., 2008).
Toplumda aşırı plastik kullanımı ve bazı insanların çöplerini kontrolsüz çevreye atmalarıyla beraber önce kara ortamı kirlenmektedir. Oluşan plastik çöpler zamanla yağış, rüzgâr, akarsular ve ırmaklar gibi su kaynakları yardımıyla karalardan su ortamına taşınmaktadır. Bu taşınım esnasında plastikler fiziksel olarak daha küçük parçalara ayrılarak mikroplastik dediğimiz parçaları oluştururlar.
3
Deniz ve marinalardaki çöplerin % 60-80 oranında plastiklerden oluştuğu ve bunların da çoğunluğunu mikroplastiklerin oluşturduğu bilinmektedir (Browne ve ark., 2010).
Marinalardaki mikroplastik çöplerin kaynakları; evsel, endüstriyel, trafik, kullanılmış büyük plastiklerin çevrede parçalanması ve kanalizasyon-atık su arıtma tesisleri gibi çeşitli antropojenik aktiviteler sonucunda oluşmaktadır. Denizel çevrelerde en yaygın bulunan plastik atıklar; olta takımları, granüller, temizlik maddeleri, mikroplastik, filmler ve köpüklerdir (Frias ve ark., 2010).
Endüstride kozmetik ve kişisel bakım ürünlerinde kullanılan mikroboncukların yaklaşık % 93’ünün polietilenden üretildiği, % 7’sinin ise polipropilen, politereftalat, polimetil akrilat ve naylondan üretildiği tespit edilmiştir (Eriksen ve ark., 2013;
Gouin ve ark., 2015).
Kentsel atık su arıtma tesislerine kanalizasyon yoluyla gelen yüksek miktarda sentetik tekstil lifleri ve kozmetik temizleyicilerde bulunan mikroboncuklar gelmektedir (Browne ve ark., 2011). Bu mikroboncuklar mikroplastik olarak nitelendirilmektedir. Mikroboncuklar genellikle kişisel bakım ürünleri kökenli olup yıkanma faaliyetleri sonucu kanalizasyon sistemine geçmektedir. Sudaki canlılar tarafından yutularak besin zincirinde canlılar arasında biyobirikime neden olmaktadır (Setala ve ark., 2014).
Göl ve deniz ortamında bulunan plastik çöpler yaban hayatı için de bir tehdit unsurudur. Hayvanlar plastikleri yutabilir veya plastiklere dolaşarak hayati tehlikeler yaşayabilir. Plastik çöplere dolaşmış olan bir hayvan boğulabilir, dış yaralanmalara uğrayabilir, avcı hayvanlardan kaçabilme veya besine ulaşabilme kabiliyetini kaybedebilir. Yutulan plastikler ve mikroplastikler iç organlarda hasarlara, yetersiz beslenmeye, sindirim enzim sisteminin, hormon dengesinin veya üremenin bozulmasına neden olabilir (Free ve ark., 2014). Okyanusta yapılan bir araştırmaya göre en az 267 deniz türünün mikroplastik yutma veya dolanma sorunu yaşadığı belirtilmektedir (Derraik, 2002; Moore, 2008). Plastik birikimine ilk kanıt olarak 1960 yılında deniz kuşları bağırsak içeriğinin incelenmesi verilebilir (Kenyon ve ark., 2009). Dünya çapında deniz kuş türlerinin en az % 44’ ünün plastik yediği
4
bilinmektedir (Andrady, 2011). Örnek olarak; siyah ayaklı albatroslar plastik granülleri yemektedir.
Mikroplastikleri besin olarak tüketen küçük boyuttaki canlılarda mikroplastiklerin olumsuz etkileri tespit edilmiştir. Bu çalışmalara örnek olarak; deniz omurgasızları üzerine (Murray ve Cowie, 2011; Cole ve arkadaşları, 2013;. Goldstein ve Goodwin, 2013), balıklar üzerine (Boerger ve ark, 2010; Davison ve Asch, 2011), deniz kuşları üzerine (Ryan ve arkadaşları, 2009; Thompson ve diğ., 2009b), ve memeliler üzerine (Eriksson ve Burton, 2003; Fossi ve arkadaşları, 2012, 2014) etkileri incelenmiştir.
Mikroplastikle beslenen hayvanların midesinde plastiğin yer kapladığı ve sahte bir doyma hissi yaratarak canlının karnı dolu olduğu halde açlıktan öldüğü, sulardaki plastiklerin canlıların yüzgeç gibi üyelerine vb. takılarak fiziksel yaralanmalara yol açtığı rapor edilmiştir (Von Moos ve ark., 2012; Browne ve ark 2013; Cole ve ark., 2013; Rochman ve ark., 2013; Wright ve ark., 2013a, b).
Yapılan bir araştırmada bilim adamları yengeçlerin denizlerdeki mikroplastik parçaları sadece yiyeceklerle değil, solungaçlarıyla da çekerek solunum sisteminde tutabildiklerini ortaya çıkarmıştır (Watts ve ark., 2014; Yurtsever, 2015).
Plastiklerin, hidrofobik yüzey, yüzücülük, kirleticileri taşıma potansiyelleri, kalıcı organik kirletici (KOK)’leri absorplayabilmeleri ve ultraviyole ışınları etkisiyle foto- oksidatif parçalanma vb. gibi özelliklerinden dolayı mikroplastikler su kaynaklarında büyük tehlike haline gelmiştir.
Plastik atıklar denize ulaştıklarında bozunma sıcaklarının yüksek olması, ultraviyole ışınlarına ve bakterilere karşı dayanıklı olması nedeniyle yüzyıllarca denizlerde varlıklarını sürdürüyor; insanlar, doğal yaşam ve ekosistem için büyük tehlikelere neden olmaktadır. Mikroplastikler su taşınımı esnasında organik kirleticilere maruz kalarak kirlenebilmektedir. Plastikleştiriciler olarak bilinen plastik katkı maddesi toksik özellikteki organik kirleticileri süzebilmektedir. Dolayısıyla toksik özelikteki mikroplastikler besin zinciri yardımıyla birikerek tüm canlıları etkileyebilmektedir (Setälä ve ark., 2014).
5
Örnek olarak poliklorlu bifeniller (PCB), dikolorodifenil trikloroetan (DDT) ve poliaromatik hidrokarbonlar (PAH) toksik özellikteki kimsayallardır (Teuten ve ark., 2007).
Mikroplastikler kara ortamında ultraviyole ışınları etkisiyle karada bozularak parçalanabilirler. (Eriksen ve ark., 2013). Bu parçalara ayrılma işlemleri;
antropojenik etkilerle ve/veya su, hava, rüzgâr, güneş (ultraviyole ışını) etkisi gibi doğal etkilerle gerçekleşebilir.
Plastikler zehirli kimyasal maddeleri adsorbe ederek tamamıyla toksik atık haline gelebilir. Toksik bileşik adsorplamış olan bu plastiklerin yutulması sonucunda potansiyel olarak çevre kirleticileri deniz besin zincirine aktarılarak canlı vücudunda birikime uğrayabilir (Mato ve ark., 2001). Bu zehirli kimyasallara örnek olarak pestisitler, poliklorlü bifeniller (PCB), diklorodifenil trikloroetan (DDT) ve polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) verilebilir (Teuten ve ark., 2007). Bir çalışmada toplanan çapları 1-5 mm olan plastik granüllerin su sütununda polipropilen peleti üzerinde 106 kat poliklorlu bifenil konsantrasyonu arttığı tespit edilmiştir (Mato ve ark., 2001). Deniz sularında mikroplastiklerin miktarında artış vardır ve mikroplastiklerin henüz tam olarak anlaşılamamış ekotoksikolojik etkileri mevcuttur (Goldstein ve ark., 2012).
Yalnızca Amerika’da plastik pelet üretimi 1960 yılında 2,9 milyon iken, 1987 yılında 21,7 milyona yükselmiştir (Pruter, 1987). Dünya çapında plastik üretimi ise 2013 yılında 299 milyon ton olduğu belirtilmiştir (Rochman ve ark., 2013a; Plastic Europe, 2014).
Son on yılda mikroplastiklerle ilgili yapılan çalışmalar neticesinde dünya genelinde plastiklere olan ilgi artmış olup Avrupa’da birçok ülke tarafından naylon poşet yasaklanmış ve Amerika’da kozmetik ürünlerinde kullanılan mikroboncuklar yasaklanmıştır.
BÖLÜM 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMALARI
Mikroplastiklerin çevresel zararlarının fark edilmesinden dolayı mikroplastikler ile ilgili literatür araştırmaları son yıllarda çok büyük gelişme kat etmiştir. Bunlar aşağıdaki araştırmalarla sıralanıp, gelişip mikroplastik sorununun önemini kavramamıza yardımcı olmuştur.
Gregory, 1977; Yeni Zelanda sahilinde plastik peletlerle yaptığı çalışmada kıyılardaki plastik kirliliğini ortaya çıkarmıştır. Çapı 4-5 mm olan plastik peletlerin olduğunu, aslında mikroplastik çalışmalarının temelleri atılmıştır.
Eriksson ve Burton, 2003; Macquarie Adası’nda plastik peletleri incelediği ve Electrona subaspera balık türü tarafından tüketilerek vücudunda birikime neden olduğunu ortaya çıkarmıştır. Yine mikroplastik terimi henüz ortaya çıkmamış olup burada da küçük plastik parçacıklarından bahsedilmektedir.
Thompson, 2004; denizde yaşayan canlılar hakkında çalışma yaparken sucul ortamdaki plastik kirliliği dikkatini çekmiştir, böylece mikroplastik terimi kullanılmaya başlamıştır.
Fendall, 2009; yüz temizliyicilerinde bulunan mikroplastiklerin yıkanma faaliyetleri sonucu kanalizasyona geçtiğini ve buradan da denizleri kirlettiğini ortaya çıkarmıştır.
Browne, 2011; sentetik bir tekstil giysisinden bir yıkamada 1900’den fazla lifin kanalizasyona geçtiğini ve bu mikroplastik liflerinin denizleri kirlettiğini ortaya çıkarmıştır.
7
Free, 2014; Hovsgol Göl’ünde yaptığı araştırma neticesinde tatlı su kaynaklarındaki mikroplastik kirliliğinin çeşitlerini ve kirliliğe neden olan faaliyetleri ortaya koymuştur.
Magnusson, 2014; atık su arıtma tesislerine kanalizasyon yoluyla oluşan mikroplastiklerin tutulma oranının % 99,9 olduğunu ve buna rağmen alıcı ortamlara mikroplastik geçişinin olduğunu ortaya çıkaran ilk çalışmalardan birini gerçekleştirmiştir.
Magnusson ve arkadaşlarının yaptığı bir çalışmaya göre sentetik elyaf üretimi 1975- 2014 yılları arasında % 850 artmıştır. 2014 yılında sentetik elyaf üretimi 60 milyon tona ulaşmış olup bunların % 65’ini selülozik, yün ve pamuk gibi sentetik tekstil ürünleri oluşturduğu tespit edilmiştir. Bir tekstil giysisinin yıkanması sonucu >1900 lifin oluştuğu tespit edilmiştir. Yünlü bir ceketin yıkanmasında litre başına >250 tekstil lifi oluşmasına karşın, bir battaniyenin yıkanması sonucu litre başına 130 tekstil lifi oluşmaktadır (CIRFS 2016, Magnusson ve ark., 2016). İsveç’te çamaşırların yıkanmasından oluşan mikroplastiklerin % 30-50’sini sentetik tekstil lifleri oluşturduğu tespit edilmiştir. Tekstil liflerinden oluşan mikroplastik miktarını nüfusa oranladıklarında bir yılda bir kişi ortalama 220-300 kg mikroplastik sentetik tekstil lifine maruz kaldığı ve bir yılda 195- 2216 ton sentetik tekstil lifinin alıcı ortama deşarj edildiği tespit edilmiştir. İsveç Belediyesine bağlı atıksu arıtma tesislerinden çıkan atıksudaki mikroplastik miktarı kişi başına 4,1 kg olduğu ve 9,8 milyon nüfuslu İsveç’te >36 milyon mikroplastiğin her yıl alıcı ortamları kirlettiği tespit edilmiştir (Magnusson ve ark., 2016). Magnusson ve Wahlenberg’in yaptığı bir çalışmaya göre İsveç’teki üç atıksu arıtma tesisine gelen atıksuyun metreküpünde
>20000 mikroplastik lifinin bulunduğu tespit edilmiştir. Tesisteki arıtımdan sonra çıkış suyunun metreküpünde 150-3300 mikroplastik lifin olabileceği tespit edilmiştir (Magnusson ve Wahlberg 2014).
Magnusson ve arkadaşlarının yaptığı bir çalışmaya göre kişisel bakım ürünlerinden oluşan mikroboncuklar ve sentetik tekstil liflerinden oluşan plastik partiküllerin yıllık olarak İsveç Belediyesi atıksularına 250-2000 ton olarak boşaltıldığı tahmin
8
edilmektedir. Bu atıksuların büyük çoğunluğunun tutulmakta olduğu ve 4-30 ton kadarının alıcı ortama geçtiği tahmin edilmektedir. Ve bu parçacıkların büyük çoğunluğunun boyutları >300 μm olduğu bilinmektedir. Ayrıca aynı çalışmaya göre İsveç’te 2012 yılında sıvı sabunlarda bulunan mikroplastik parçacıklarının boyutunun büyük çoğunluğunun >450 μm olduğu ve İsveç’te 2012 yılında sıvı sabunlarda 69 ton mikroplastik olduğu tespit edilmiş olup, ortalama kişi başına 7 gram mikroplastik kullanıldığı hesaplanmıştır (Magnusson ve ark., 2016). Ayrıca Hollanda'da yapılan bir çalışmada diş macunlarındaki mikroplastik boncukların ağırlıklı olarak <10 μm olması ve boyutlarının 2-5 μm arasında olduğu tespit edilmiştir (Verschoor ve ark., 2014b).
Murphy, 2016; atık su arıtma tesislerine kanalizasyon yoluyla ulaşan mikroplastiklerin % 98,41 oranında arıtılmasına rağmen temiz su kaynaklarına günde 65 milyon mikroplastik salınımı olduğunu ortaya koymuştur. Bu çalışmada incelenen atık su arıtma tesisi şeması Şekil 2.1.’deki gibidir.
9
BESLEME HAVZASI 19 mm kaba ızgara 6 mm ince ızgara
GİRİŞ KUM VE YAĞ GİDERİMİ
KUM VE YAĞ KUM VE YAĞ GİRİŞİ ALICI ORTAM
ÇÖKELTME TANKI İLK ÇÖKELTME TANKI
HAVALANDIRMA HAVUZUDURULTMA DEŞARJ
ÇIKIŞ
HAVALANDIRMA GİRİŞİ DEMİR DOZAJI POLİMER DOZAJI
ÇAMUR YOĞUNLAŞTIRMA SANTRİFÜJ
GLASGOW ÇAMUR ARITIMI
POLİMER DOZAJI ÇAMUR TANKI ÇAMUR KEKİ Şekil 2.1. AAT akış şeması (Murphy ve ark., 2016).
10
İskoçya Batı Üniversitesi Çevre Sağlığı Araştırma Enstitüsü tarafından incelenen atık su arıtma tesisindeki giriş, kum tutucu, kum tutucu çıkışı ve çıkış gibi ünitelerdeki mikroplastiklerin giderim oranı ve alıcı ortama bıraktığı mikroplastik miktarı Tablo 2.1.’de gösterilmiştir.
Tablo 2.1. Ünitelerdeki yüzde mikroplastik giderim oranı ve günlük mikroplastik salınımı (Murphy ve ark.,2016).
NOKTA MP/L milyon MP/gün % Giderim Verimi GİRİŞ 15,70 4097 00,00
KUM TUTUCU 8,70 2270 44,59 KUM TUTUCU ÇIKIŞI 3,40 887 78,34 ÇIKIŞ 0,25 65 98,41
Yapılan bu araştırmaya göre kentsel atık su arıtma tesisinden alınan giriş numunesi litresinde 15,7 mikroplastik varken çıkış numunesi litresinde 0,25 mikroplastik olduğu tespit edilmiştir. % 98,41 oranında bir mikroplastik kirliliği arıtımı olmasına rağmen her gün 65 milyon mikroplastik atık su artıma tesisinden alıcı ortama bırakılmaktadır (Çıkış suyundan alıcı ortama geçen ortalama debi miktarı: 260.954 m3/gün’dür.). Yani atık su arıtma tesisi etkili bir mikroplastik giderimi yapmasına rağmen, mikroplastik boyutu arıtma tesisinin filtresinden küçük olan milyonlarca mikroplastik temiz su kaynaklarına karışıp alıcı ortamı kirletmektedir (Murphy ve ark, 2016).
İsveç Araştırma Enstitüsünde Magnusson ve arkadaşlarının yaptığı araştırmaya göre gelen atık su konsantrasyonun metreküp başına saatte 15000 mikroplastik parçacık içerdiği tespit edilmiştir. Arıtma çamurunda % 99 verimle mikroplastik tutulması olduğu görülmüş olup, çıkış suyu konsantrasyonunun saat başına 1770 mikroplastik parçacığı içerdiği tespit edilmiştir (Magnusson ve ark., 2014).
İsveç Araştırma Enstitüsünde numune tüpleriyle alıcı su ortamından 20, 50 ve 200 metre derinliklerinden numuneler alınmıştır. Çıkış suyunun atık su arıtma tesisi tarafından etkilenmediğini varsaydığımız nokta alıcı referans noktası seçilmiştir. Ve bu alıcı referans noktası numunelere, 3500 metre uzaklıktadır. Tabloda 2.2.’de görüldüğü üzere 200 metre derinliğinde (su sütunu boyunca) bile mikroplastiklere rastlanmıştır.
11
Tablo 2.2. Farklı derinliklerdeki mikroplastik kirliliğini ölçme çalışmaları (Magnusson ve ark., 2014).
Nokta Plastik lif Plastik parçacık Plastik film Toplam
Giriş suyu 10,7±0,39.103 2,67±0,77.103 1,78±0,80.103 15,1±0,89.103
Çıkış suyu 4,00±0.58 3,75±1,25 0,50±0,50 8,25±0,85
20 metre derinlik 1,82±0.45 0,08±0,08 0,08±0,+8 1,97±0,30
50 metre derinlik 1,29±0.68 0 0 1,29±0,68
200 metre derinlik 1,14±0.38 0 0 1,14±0,38
Referans derinlik 0,45±0 0 0 0,45±0
Katı Çamur 521±76 146±45 53±4 720±112
Çamur Hacmi 12,1±1,23.10 3 3,37±0,94.103 1,28±0,17.103 16,7±1,96.103
1 m3 giriş atık suyunda olduğu bilinen 500 gram sulu çamur ve 500 gram askıda katı maddenin mikroplastik miktarları Tablo 2.3.’de karşılaştırılmıştır.
Tablo 2.3. 500 gram sulu çamur ve 500 gram askıda katı madde miktarının mikroplastik miktarlarının karşılaştırılması(Magnusson ve ark., 2014).
Numune Plastik lif Plastik parçacık Plastik film Toplam
Giriş suyu 10,7±0,39.103 2,67±0,77.103 1,78±0,80.103 15,1±0,89.103
Sulu Çamur 6,04±0,62.103 1,69±0,47.103 0,64±0,082.103 8,36±0,98.103
Atık su arıtma tesisine gelen atık sulardaki mikroplastiklerin tiplerine göre yüzde tutulma oranları Tablo 2.4.’de verilmiştir. (Gelen atık su-Çıkan atık su) / (Gelen atık su)*100
Tablo 2.4. Mikroplastiklerin tutulma oranı (Magnusson ve ark., 2014).
Plastik lif Plastik parçacık Plastik film Toplam
%99,96 %99,75 %99,63 %99,90
Ülkemizde mikroplastiklerle alakalı yapılan çalışmalar çok az sayıdadır (Yurtsever, 2015) ve bu konuda ilave çalışmalara ihtiyaç vardır. Çünkü mikroplastikler su kaynaklarını ve çevreyi kirleten önemli bir kirleticidir ve her an su ve çevreye aşırı miktarda mikroplastik kirliliği karışmaktadır. Kaynakların sürdürülebilir açıdan kullanımının ve korunmasının sağlanması gerekmektedir.
BÖLÜM 3. MİKROPLASTİK KAYNAKLARI VE ŞEKİL ÖZELLİKLERİ
3.1. Mikroplastiklerin Kaynakları
Endüstriyel ve evsel faaliyetler neticesinde doğada biriken plastikler çeşitli fiziksel aşınmalar sonucu daha küçük parçalara ayrılarak mikroplastikleri oluşturur. Çevresel zararları oldukça fazla olan mikroplastikleri oluşturan kaynaklar şu şekilde sıralanmaktadır.
1. Tüketici ürünlerinden kaynaklananlar: Kozmetiklerdeki mikroboncuklar; yüz temizleme ve peeling jelleri, şampuan ve sabunlar, diş macunu, eyeliner, rimel, dudak parlatıcısı, deodorant ve güneş kremleridir.
2. Tekstil Ürünleri: Kıyafetlerde vb. kullanılan polyester, polyamid (naylon) ve polar tekstil malzemelerdir.
3. Endüstriyel hammaddeler, artıkları ve döküntüleri: Plastik üretim, işleme ve şekillendirme işlemlerinden kaynaklanan malzemelerdir. Örnek olarak; paletler, plastik filmler, straforlar, iplik-lifler, köpüklü plastikler vb. çevremizi kirleten başka unsurlardır.
4. Ulaşımdan kaynaklananlar: Araç lastiği döküntüleridir (Yurtsever, 2015).
Bunlardan mikroboncuklar direkt kullanım neticesinde oluşan birincil mikroplastikleri oluşturur. Çamaşır yıkamadan kaynaklanan tekstil lifleri, diğer plastik atıkları, lastik atıkları ve çevredeki plastiklerin parçalara ayrılması belli bir parçalanma işleminden sonra oluştuğu için dolaylı kirletici veya ikincil mikroplastiklerdir (Chang ve ark., 2015).
13
Hidalgo-Ruz ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada mikroplastiklerin türleri ve oluştuğu kaynakları araştırılarak sonuçları Tablo 3.1.’de gösterilmiştir.
Tablo 3.1. Mikroplastik tiplerinin tanımlanması ve potansiyel kaynakları (Hidalgo-Ruz ve ark., 2012).
Mikroplastik Tipi Tanımı Potansiyel Kaynağı
Parçacık Sert, sivri plastik parçacık Şişeler; sert, sağlam plastikler İplik İnce ve dayanıklı lif parçacık Balık ağları; sentetikler ve giysiler Pelet Sert, yuvarlak plastik parçacık Yüz temizleme malzemeleri
Film İnce, hafif yüzey parçacık Plastik çantalar, kâğıt, ambalaj kağıdı Köpük İnce, hafif köpük plastik Yüzen köpükler, plastik köpükler
3.2. Mikroplastiklerin Şekil Özellikleri
Mikroplastik parçacıklar, peletler, iplik lifler, plastik filmler, köpüklü plastikler, granüler plastikler, straforlar olarak farklı şekillerde olabilmektedir. Genellikle kozmetikler ve kişisel bakım ürünlerinde kullanılan mikroboncuklar peletlere benzer şekildeyken, sentetik tekstil ürünlerinden de mikrolifler oluşmaktadır. Diğer mikroplastik çeşitleri olarak sanayi ve ulaşımdan kaynaklanan plastikler sayılabilir.
İsveç’te yapılan bir araştırmada, ulaşımdan kaynaklanan mikroplastiklerin oranının da ciddi boyutlarda olabildiğine dikkat çekilmektedir. (Magnusson ve ark., 2016).
Yapılan bir çalışmaya göre her yıl lastiklerden yaklaşık 13000 ton mikroplastik oluşmaktadır. Yağmur sularına yaklaşık yılda 2300-3900 ton arasında olduğu tahmin edilmektedir. Endüstriyel olarak üretilen plastik topakların kaybının ise yılda 300- 530 ton arasında olduğu tahmin edilmektedir (Magnusson ve ark., 2016).
Mikroplastikler ışık mikroskop, elektron mikroskobu, raman spektroskopisi ve FT-IR spektroskopisi kullanılarak tespit edilebilmektedir (Gregory, 1996; Fendall ve Sewell, 2009).
14
İskoçya Batı Üniversitesi Çevre Sağlığı Araştırma Enstitüsü ve Biyomedikal Enstitülerinin ortak yaptığı çalışmalar sonucu katı parça kesiti analiz edilen mikroplastik görüntüleri Şekil 3.1.’de gösterilmiştir.
Şekil 3.1. Analiz edilen katı parça kesitinde bulunan mikroplastikler; (A) Çamur keki örneğinden alınmış alkid parçacığı, (B) Kum örneğinden alınmış elyaf polipropilen, (C) Yağ örneğinden alınmış kırmızı PET
parçacığı ve polietilen mikroboncuğu, (D) Yağ örneğinden alınan dört polietilen mikroboncuğu (Murphy ve ark., 2016).
Rutgers Üniversitesi Deniz ve Kıyı Bilimleri Enstitüsü tarafından yapılan atık sudaki mikroplastik kirliliğinin incelendiği görüntüler Şekil 3.2.’de gösterilmiştir.
Şekil 3.2. Mikroplastiklerin fotoğrafları (Free ve ark., 2016). (A; parçacık, B; film, C; köpük, D; lif, E; iplik, F;
pellet).
BÖLÜM 4. NUMUNE SEÇİMİ VE YÖNTEM
Çalışmaların yürütülmesi amacıyla numunelerin alındığı Karaman Atık su Arıtma Tesisi’nin akış şeması Şekil 4.1.’de gösterilmiştir.
Şekil 4.1. Karaman atık su arıtma tesisi akış şeması.
İnce Izgaralar 4
adet
Havalandırmalı Kum ve Yağ
Tutucu
Geri Devir Terfi Merkezi
Havalandırma Havuzu (Faaliyette
Değil)
Havalandırma Havuzu (Faaliyette
Değil)
Havalandırma Havuzu (Faaliyette)
Havalandırma Havuzu (Faaliyette)
Son Çöktürme Havuzları (Faaliyette) Son Çöktürme Havuzları
(Faaliyette Değil)
Yoğunlaştırma Tankları
Mekanik Susuzlaştırma
Ünitesi
Döküm Sahası Arıtma Çamuru
Giriş Yapısı Kaba Izgaralar 4 adet
Alt Arşimed Pompaları
Üst Arşimed Pompaları
16
4.1. Numune Seçimi
Bu çalışma için Karaman Atık su Arıtma Tesisi’nin giriş, havalandırma, kum tutucu ve çıkış ünitelerinden numuneler alınmıştır. Fakat havalandırma numunesi çok yoğun ve karmaşık yapıda bir atık su olduğundan dolayı sağlıklı bir şekilde incelenememiştir.
4.2. Yöntem
Bu çalışmadaki temel amaç su ortamındaki mikroplastikleri gözlemleyebilmek, ayırma yöntemi ve inceleme teknikleri geliştirebilmektir. Bunun için de geçmişteki literatür çalışmalarına bakıldığında genellikle yöntem olarak tuz çözeltisi ile yoğunluk farkı yaratarak ayırma yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem için yaygın olarak NaCI, NaI ve ZnCI2 gibi tuzlar kullanılmaktadır.
Yoğunluğu artmış olan suyun içindeki mikroplastikler yukarı yükselerek yüzeyde toplanmaktadır. Fakat bu tuzlar yardımıyla doygun çözelti hazırlansa bile bütün mikroplastiklerin yüzeyde toplanamadığı ve çöken mikroplastiklerin de olduğu gözlenmiştir. Dolayısıyla yoğunluk farkı oluşturarak sudaki tüm plastikleri yüzdürebilmek için yoğunluğu çok yüksek bir çözelti hazırlamak gerekmektedir.
NaCl ile yoğunluğu en yüksek 1.2 g/cm3 değerinde olabilecek çözelti hazırlanabilir.
Diğer tuzlarla hazırlanan çözelti daha yüksek yoğunluklu olabilmektedir. Bu sebeple bu çalışmalarda yüzdürme işlemi NaI ve ZnCI2 tuzları kullanılmıştır.
Bu amaçla atık su arıtma tesisinin giriş, kum tutucu ve çıkış bölümlerinden alınan atıksular 50 mikronluk çelik filtrelerden geçirilmiştir. Daha sonra inorganik tuz (NaI ve ZnCI2) kullanılarak ağırlaştırılmış çözelti hazırlanmış ve plastiklerin yüzdürülmesi sağlanmıştır. Filtre üzerindekiler saf suyla ters yıkama yapılarak saf suyla beraber 100 mL olacak şekilde alınmıştır. Daha sonra numunelerin her birine % 35 saflıkta 20 mL H2O2 eklenerek muamele edilmiş ve numune içinde mevcut organik maddelerin oksidasyonu gerçekleştirilmiştir. 60 dakika bekledikten sonra filtrasyon düzeneği yardımıyla 50 mikron gözenekli planktonnet kullanılarak filtre
17
edilmiştir. Son olarak da filtre malzemesi üzerinde kalan mikroplastik lif, film ve parçacıklar incelenerek kaydedilmiştir.
4.2.1. Kullanılan araç-gereçler
Çalışmada kullanılan başlıca ekipmanlar, Bruker LUMOS model ATR-FT-IR, Olympus BX51 model ışık mikroskobu, Olympus DP-20 kamera, DOA-P704 Shown model filtrasyon seti, Pharo 300 model spektrofotometre, Heraeus model etüv, Termo Scientific model otomatik pipet, ES 225 SM-DR model hassas terazi, Mettler Toledo S210-U masa tipi pH metre, millipore 0,45 mikro metre çapında cam elyaf filtre kâğıdı, 50 µm gözenek çapında çelik filtre, 20 ve 50 µm gözenek çapında fitoplankton netidir.
4.2.2. Kullanılan kimyasal çözeltiler
Çalışmalarda Merck marka kimyasallar kullanılmıştır. 1000’ er ml alınan atık su numunelerine sırasıyla % 35 saflıkta H2O2 katılmıştır.
4.3. Analizler
4.3.1. AKM analizi
Giriş, kum tutucu ve çıkış numuneleri için 3 tane Whatman cam elyaf filtre kağıdı etüvde 103-105˚C’de bir saat kurutulmuş ve havadaki nemden etkilenmemesi ve tam kuruması için desikatörde yarım saat tutulmuştur. Sabit tartıma gelmiş olan filtre kağıtları tartılıp darası kaydedilmiştir. Daha sonra giriş, kum tutucu, çıkış bölümlerinden 100’ er ml atık su alınıp filtre edilmiştir. Filtre edilen filtre kağıtları tekrar etüve yerleştirilmiştir (103-105˚C’de bir saat kurutulur). Daha sonra filtre kağıtları desikatörde yarım saat soğumaya bırakılmıştır. En sonunda analitik terazide filtre kağıtlarının ağırlığı tartılıp, son tartım ve ilk tartım arasındaki fark askıda katı madde miktarı olup hesaplanmıştır. Numunelerdeki askıda katı madde miktarları Tablo 4.1.’de verilmiştir.
18
Tablo 4.1. Numunelerdeki askıda katı madde miktarları.
Numuneler Filtre kağıdı darası Filtre kağıdı dara+AKM AKM
Giriş Numunesi 0,1305 gr 0,1447 gr 0,0142 gr = 142 mg/L Kum Tutucu Numunesi 0,1326 gr 0,1589 gr 0,0263 gr = 263 mg/L Çıkış Numunesi 0,1299 gr 0,1305 gr 0,0006 gr = 6 mg/L
4.3.2. KOİ, sıcaklık ve pH analizi
Giriş ve çıkış numunelerinden alınan atık suyun KOİ analizi yapılmıştır.
Numunelerin KOİ, sıcaklık ve pH analizi Tablo 4.2.’de gösterilmiştir.
Tablo 4.2. Numunelerin KOİ, sıcaklık ve pH değerleri.
Numune KOİ (mg/L) Sıcaklık pH
Giriş Numunesi 300 21,5 7,5
Kum Tutucu Numunesi --- 21,7 7,38
Çıkış Numunesi 120 21,6 7,43
4.3.3. Işık mikroskop analizi
Işık mikroskop yardımıyla filtre edilen filtre kâğıdındaki mikroplastiklerin sayılarını, şekillerini, renklerini, büyüklüklerini hesaplamak mümkündür. Işık lensi sayesinde mikroplastiklere 4x, 10x, 20x ve 50x gibi yakınlaşma seçenekleri de mümkündür.
Çalışmalarımızın filtrasyon işlemi ön denemelerinde 0,45 mikro metre cam elyaf filtre kâğıdı denenmiştir. Küçük gözenekli filtrelerdeki bazı güçlüklerden dolayı literatürdeki çalışmalardan da yararlanılarak (Murphy, 2016, 65 µm çaplı fitoplankton neti kullanılmıştır.) 50 µm gözenek aralığına sahip fitoplankton neti ile çalışmanın da uygun olacağına karar verilmiştir.
İncelenen numunelere ait bazı mikroskop görüntüleri aşağıda örnek olarak gösterilmiştir.
19
Giriş bölümünden alınan, ışık mikroskopta 4x büyütme ile incelendiğinde Şekil 4.2.’deki lif tipinde mikroplastik görüntüsü çekilmiş olup en yüksek boyutu 4167,09
m olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.2. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü (Orijinal fotoğraf, Ceylan ve Kırkhan, 2017).
Giriş bölümünden alınan, ışık mikroskopta 4x büyütme ile incelendiğinde Şekil 4.3.’deki lif tipinde mikroplastik görüntüsü çekilmiş olup en yüksek boyutu 3057,30
m olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.3. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü (Orijinal fotoğraf, Ceylan ve Kırkhan, 2017).
20
Kum tutucu bölümünden alınan, ışık mikroskopta 4x büyütme ile incelendiğinde Şekil 4.4.’deki parçacık tipinde mikroplastik görüntüsü çekilmiş olup en yüksek boyutu 423,32 m olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.4. Parçacık tipinde mikroplastiğin mikroskop görüntüsü (Orijinal fotoğraf, Ceylan ve Kırkhan, 2017).
Kum tutucu bölümünden alınan, ışık mikroskopta 4x büyütme ile incelendiğinde Şekil 4.5.’deki lif tipinde mikroplastik görüntüsü çekilmiş olup boyutu 2886,13 m olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.5. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü (Orijinal fotoğraf, Ceylan ve Kırkhan, 2017).
21
Çıkış bölümünden alınan, ışık mikroskopta 4x büyütme ile incelendiğinde Şekil 4.6.’daki lif tipinde mikroplastik görüntüsü çekilmiş olup boyutu 3718,11m olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.6. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü (Orijinal fotoğraf, Ceylan ve Kırkhan, 2017).
Çıkış bölümünden alınan, ışık mikroskopta 4x büyütme ile incelendiğinde Şekil 4.7.’deki lif tipinde mikroplastik görüntüsü çekilmiş olup boyutu 4647,41 m olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.7. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü (Orijinal fotoğraf, Ceylan ve Kırkhan, 2017).
22
Çıkış bölümünden alınan, ışık mikroskopta 4x büyütme ile incelendiğinde Şekil 4.8.’deki lif tipinde mikroplastik görüntüsü çekilmiş olup boyutu 3453,50 m olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.8. Lif tipinde olan bir mikroplastiğin mikroskop görüntüsü (Orijinal fotoğraf, Ceylan ve Kırkhan, 2017).
Mikroskopta zoom ayarı 4x olarak ayarlandığında mikroplastiklerin şekil ve boyutlarının daha iyi incelendiği sonucuna varılmıştır.
Giriş numunesindeki mikroplastik çeşitleri ve mikroplastik sayıları Tablo 4.3.’de verilmektedir.
Tablo 4.3. Giriş numunesi inceleme sonuçları.
Giriş Numunesi Lif Parçacık Film
Lacivert 76 3 -
Mavi 47 14 -
Siyah 33 - -
Kırmızı 13 5 -
Kahve 10 4 -
Şeffaf 8 - 1
Beyaz 5 - -
Gri 2 - -
Sarı - 9 -
Turuncu - 4 -
Toplam 233
Giriş numunesinde sayısı en yüksek olan mikroplastik çeşitlerine bakıldığında, lacivert ve mavi ve siyah renkteki mikroplastik liflerin sayısının diğer renkteki mikroplastik liflere göre yüksek olduğu görülmektedir.
23
Giriş numunesindeki mikroplastiklerin çeşitleri ve boyutları Tablo 4.4.’de verilmektedir.
Tablo 4.4. Giriş numunesi ortalama boyut incelemesonuçları.
Lacivert-Mavi Lif (µm) Parçacık (µm) Lacivert-Mavi 575,2 90,4 Lacivert-Mavi 2728,2 272,8 Lacivert-Mavi 2349 254,1 Lacivert-Mavi 250,9 1228,2 Lacivert-Mavi 911,6 180,7 Ortalama 1363 405,2
Lacivert ve mavi renkli numuneler birbirine çok yakın tonda renkler olduğu ve ayrımının yapılmasının güçlüğünden dolayı en yüksek boyuttaki bu renklerin ortalaması verilmiştir.
Kum tutucu numunesindeki mikroplastik çeşitleri ve mikroplastik sayıları Tablo 4.5.’de verilmektedir.
Tablo 4.5. Kum tutucu numunesi inceleme sonuçları.
Kum Tutucu Numunesi Lif Parçacık Film
Lacivert 16 8 -
Mavi 8 9 -
Siyah 12 - -
Kırmızı 3 5 -
Beyaz 9 - -
Gri - 1 -
Sarı - 3 -
Turuncu - 8 -
Mor - 1 -
Pembe 1 - -
Kahve - 6 -
Şeffaf - 1 8
Toplam 99
Kum tutucu numunesinde sayısı en yüksek olan mikroplastik çeşitleri incelendiğinde lacivert ve mavi renkteki mikroplastik lif ve parçacıkların diğer renklerdeki lif ve parçacıklara göre daha yüksek miktarda olduğu görülmektedir.
24
Kum tutucu numunesindeki mikroplastiklerin çeşitleri ve boyutları Tablo 4.6.’de verilmektedir.
Tablo 4.6. Kum tutucu numunesi ortalama boyut incelemesonuçları.
Lacivert-Mavi Lif (µm) Parçacık (µm) Lacivert-Mavi 2973,7 79,3 Lacivert-Mavi 1780,2 46,7 Lacivert-Mavi 316,8 101,8 Lacivert-Mavi 348,7 88,6 Lacivert-Mavi 390,9 128,1 Ortalama 1162 88,9
Lacivert ve mavi renkli numuneler birbirine çok yakın tonda renkler olduğu ve ayrımının yapılmasının güçlüğünden dolayı en yüksek boyuttaki bu renklerin ortalaması verilmiştir.
Çıkış numunesindeki mikroplastik çeşitleri ve mikroplastik sayıları Tablo 4.7.’de verilmektedir.
Tablo 4.7. Çıkış numunesi incelemesonuçları.
Kum Tutucu Numunesi Lif Parçacık
Lacivert 48 -
Mavi 34 7
Siyah 25 -
Kırmızı 2 1
Beyaz - 2
Gri - 1
Sarı - 2
Turuncu - 4
Mor 5 29
Pembe - 2
Toplam 99
Çıkış numunesinde lacivert ve mavi ve siyah renkteki mikroplastik liflerin ve mor renkli parçacıkların diğer renkteki mikroplastik lif ve parçacıklarına göre yüksek bulunduğu görülmektedir.
25
Çıkış numunesindeki mikroplastik çeşitleri ve mikroplastik sayıları Tablo 4.8.’de verilmektedir.
Tablo 4.8. Çıkış numunesi ortalama boyut incelemesonuçları.
Lacivert-Mavi Lif (µm) Parçacık (µm) Lacivert-Mavi 235,3 251,9 Lacivert-Mavi 757,7 147,1 Lacivert-Mavi 148,7 125,9 Lacivert-Mavi 1243,6 67,8 Lacivert-Mavi 609,5 99,3 Ortalama 599 138,4
Lacivert ve mavi renkli numuneler birbirine çok yakın tonda renkler olduğu ve ayrımının yapılmasının güçlüğünden dolayı en yüksek boyuttaki bu renklerin ortalaması verilmiştir.
4.3.4. FT-IR analizi
İncelenen mikroplastiğin hangi plastik türünde olduğunun belirlenmesi amacıyla ATR-FT-IR cihazı kullanılmaktadır (Hidalgo-Ruz ve ark., 2012).
FT-IR katı, sıvı veya gaz numunelerden kızılötesi spektrumu elde edilen bir tekniktir.
Analiz edilen mikroplastiklerin hangi maddeden yapıldığını anlamak için mikroplastik parçacıkları kızılötesi radyasyona maruz bırakılarak atomlar arasındaki kimyasal bağlara karşılık olarak bir spektrum meydana gelir. FT-IR cihazı kızılötesi spektroskopi spektrumları sayesinde bilinmeyen mikroskopik plastik parçacıklarını bir dizi yaklaşımı kullanarak tanımlamaktadır.
ATR-FT-IR cihazı incelenen numuneye ATR (elmas) kristali ile temas ederek numunedeki plastik kompozisyonunu ölçmektedir. FT-IR mekanizmasının içinde sentetik polimer kütüphanesi bulunmakta olup, malzemelerin türünü yüksek doğrulukla belirleyebilmektedir.
26
Laboratuvarımıza proje kapsamında alınan Bruker LUMOS model FT-IR mikroskop fotoğrafı Şekil 4.9.’da gösterilmiştir.
Şekil 4.9. Bruker LUMOS model FT-IR mikroskopu (Ceylan, 2017).
Atıksu arıtma tesisi giriş ve çıkış numunelerinde yapılan ATR-FT-IR analizi sonucu bulunan plastik çeşitleri; çoğunlukla polyamid6, polyamid66 olmak üzere; PET, polyester, akrilik ve PE plastik tiplerine de rastlanmıştır.
BÖLÜM 5. SONUÇ VE ÖNERİLER
Plastikler kolay işlenebilir ve ucuz anılan bir maddedir. Bundan dolayı doğaya kontrolsüz olarak atılan atıklar kara ve su ortamını çok fazla kirletmektedir. Fakat dünyada son yıllarda yapılan çalışmaların da etkisiyle plastiklere olan farkındalık artmakta olup; Amerika’da Washington, New York, California gibi eyaletler olmak üzere şehirlerde plastik poşet yasaklanması ve vergilendirmesi gibi birçok tedbir alınmıştır. Avrupa ülkeleri de başta olmak üzere birçok ülkede plastik poşetlerin yasaklanması ve ücretlendirilmesi gibi tedbirler alınmıştır. Çin, Fransa, İsviçre, Makedonya ve Avustralya’da plastik poşet ve naylon torba kullanımı yasaklanmıştır.
Kanada, Almanya, İngiltere, Danimarka, Hollanda ve İrlanda’da naylon torba kullanmak isteyen vatandaşlar vergi ödemektedir.
Kozmetik ve temizlik ürünlerinde bulunan mikroboncuklar yıkanma faaliyetleri sonucu kanalizasyon sistemine geçmektedir. Sudaki canlılar tarafından yutulan mikroplastikler birincil üreticilerden yırtıcılara doğru besin zinciri boyunca geçerek canlı vücudunda birikime uğrayabilir. Kozmetiklerde bulunan mikroplastikler 2014 yılında İllinoi’de, 2015 yılında Californiya’da ve ABD federal hükümeti tarafından 28 Aralık 2015’te ‘’Microbead Free Waters Act of 2015’’ yasası imzalanarak, 1 Temmuz 2017’ de üretimi yasaklanmıştır. Avrupa’da da İngiltere 2017 yılı sonunda, Fransa ise 1 Ocak 2018 yılında kozmetiklerde kullanılan mikroboncukları yasaklamaya hazırlanıyor. Sabun, diş macunu, tıraş köpüğü, banyo köpüğü, şampuan ve yüz temizleyici içeren mikroplastikler ve zehirli kimyasallar yerine sünger taşı, pomza, yulaf ezmesi, kayısı ve ceviz kabuğu gibi doğal malzemeler kullanılmalıdır (Fendall ve Sewell, 2009).
28
Sentetik tekstil ürünleri ucuz olduğundan dolayı çok kullanılmaktadır. Evlerde kullanılan çamaşır makinesinden alınan örnek atık su numuneleriyle ile 18 bölgede yapılan çalışmaya göre, tek bir sentetik giysiden her yıkamada >1900 lifin kanalizasyona geçebileceğini kanıtlanmıştır. Kanalizasyon deşarj noktasına yakın olan bir bölgede alınan numunelerde sentetik mikroplastik liflerin akrilik ve polyester olduğu analiz edilmiştir ve yıkama sonrası oluşan sentetik tekstil liflerin oranının doğal tekstil liflerinden (örneğin, pamuk, yün, ipek) % 170 daha fazla olduğu belirlenmiştir (Browne, 2011). Mikroplastik kirliliğini önlemek için yapılması gerekenler; kanalizasyona gelen mikroplastiklerin kullanımının azaltılması, çamaşır makinalarının sentetik tekstil iplikçiklerini tutacak bir ünite oluşturmak ve klasik arıtma yapan atık su arıtma tesislerine bir ultrafiltrasyon ünitesi eklenmesi gibi çözümler önerilebilir (Yurtsever, 2015).
Mikroplastik kirliliği konusunda yapılan bir çalışmada derin deniz tortularında her 25 mL’de 1 mikroplastik bulunduğu ve 1176 metre ve 4843 metre derinliklerde bile mikroplastiklere rastlanmıştır. Bu değerler mikroplastiklerin denizlere, okyanuslara aşırı miktarda karıştığının ve mikroplastiklerin yalnızca su yüzeylerinde değil, su kolonu boyunca ve denizin derin kısımlarında mikroplastiklerin bulunduğunun kanıtıdır (Cauwenberghe ve ark., 2013; Yurtsever, 2015).
Yukarıda sözü edilen çalışmalar bu zamana kadar bilim dünyası literatürüne geçen mikroplastiklerle alakalı sorunlar ve çözüm önerileridir. Bu tezin yapılmasındaki amaç mikroplastiklerin alıcı ortamlardan uzaklaştırılması, su ortamına geçişinin engellenebilmesi ve mikroplastik kirliliğini su ortamında gözlemleyebilmektir.
Karaman Atık Su Arıtma Tesisinden alınan ve incelenen atık su numunelerindeki mikroplastiklerin ortalama sayısı ve arıtılması sonucu yüzde giderim oranları Tablo 4.9.’da gösterilmiştir. (Tesisin ortalama günlük debisi: 85000 m3/gün’dür).
29
Tablo 4.9. Karaman atık su arıtma tesisi ünitelerindeki yüzde mikroplastik giderim oranı ve günlük mikroplastik salınımı (Ceylan, 2017)
NOKTA MP/L MİLYON MP/GÜN % GİDERİM GİRİŞ 233 19805 00,00 KUM TUTUCU 99 8415 57,51 ÇIKIŞ 99 8415 57,51
Yapılan araştırma neticesinde Karaman Atık Su Arıtma Tesisi’nden alınan giriş numunesinin litresinde 233 mikroplastik varken çıkış numunesinin litresinde 99 mikroplastik olduğu tespit edilmiştir. % 57,51 oranında bir mikroplastik kirliliği arıtımı olmuştur ve her gün atık su arıtma tesisinden alıcı ortama 8415 milyon mikroplastik geçebilmektedir. Böylece atık su arıtma tesisinden deşarj edilecek mikroplastikler temiz su kaynaklarına karışıp alıcı ortamı kirletecektir.
Tablo 4.10. Atık su arıtma tesislerinin mikroplastik arıtma verimi ve günlük alıcı ortama salınan mikroplastik miktarlarının karşılaştırılması
(Murphy, 2016) / (Ceylan, 2017)
NOKTA MP/L milyon MP/gün % Giderim GİRİŞ 15,70 / 233 4097 / 19805 00,00 / 00,00 KUM TUTUCU 8,70 / 99 2270 / 8415 44,59 / 57,51 ÇIKIŞ 0,25 / 99 65 / 8415 98,41 / 57,51
Murphy’nin yaptığı araştırmaya göre klasik atık su arıtma tesisi yapan bir tesiste mikroplastiklerin % 98,41 oranında arıtılmasına rağmen her gün 65 milyon mikroplastik alıcı ortamlara geçebilmektedir. Bu çalışmaya göre ise tesisin mikroplastikleri ancak % 57,51 oranında arıtabildiği sonucu elde edilmiştir. Buna göre alıcı ortama günde 8415 milyon mikroplastik geçebilmektedir. Tabi ki burada yapılan çalışma ve elde edilen sonuçlar bu konuda yapılmış ilk çalışmaları içermekte olup bu sonuçların kesinliği ve güvenilirliği için çok daha büyük hacimlerdeki mikroplastik varlığı incelenmelidir. Mikroplastiklerin atıksulardaki durumunda zamana göre (haftalık, günlük, saatlik), hatta günün belli saatlerinde bile büyük oynamalar olmaktadır. Bu çalışmaların güvenilir olabilmesi için anlık numuneler değil sürekli akım şartlarındaki akıştan bir filtre ile alınabilecek temsil edici numunelerdeki mikroplastik varlığı incelenebilir. Ayrıca bu incelemelerin çok hızlı ve doğru şekilde yapılabilmesi için literatürde de büyük boşluk bulunmaktadır. Bu açıdan atıksulardaki mikroplastikleri ayırma ve inceleme işleri doğal su
30
kaynaklarında yapılan işlemlere göre daha zordur. Ayrıca atıksularda mikroplastik olarak çoğunlukla gözle bile görülebilen parçacıklar değil, aşırı miktarda mikron boyutta liflerin bulunması da incelemeyi güçleştiren esas konulardan biridir.
Dünyada tonlarca üretilen plastiklerden kaynaklanan mikroplastik kirliliği canlı hayatını korkunç boyutta etkilemektedir. Mikroplastikler ayrıca zehirli maddeleri adsorblayabilmeleri, suda rahatça hareket edebilmeleri, bozunma sıcaklıklarının yüksek olması, ultraviyole ışınlarına ve bakterilere karşı dayanıklı olması nedeniyle yüzyıllarca varlıklarını sürdürüp, insanlar, doğal yaşam ve ekosistem için büyük tehlikelere neden olmaktadır.
Çevrede, yüzeysel tatlı ve tuzlu su kaynaklarında dağılmış halde bulunan mikroplastikleri ayırma, temizleme veya inceleme konusunda çok yaygın ve ucuz bir teknoloji bulunmaması, bu konunun dikkatle ele alınması gereken bir konu olduğunu göstermektedir.
Mikroplastik kirliliğine çözüm olarak; çamaşır makinelerinin sentetik iplikçiklerini tutabilecek bir ünite oluşturulabilir, klasik arıtma yapan atık su arıtma tesislerine ultrafiltrasyon ünitesi dahil edilebilir. Ayrıca mikroplastikler konusunda “farkındalığı artırma”, vergilerle ve caydırıcı cezalarla tek kullanımlık plastiklerin aşırı kullanımının önüne geçilmesi, plastik geri dönüşümünün ve tekrar kullanımının yaygınlaştırılması, atığı kaynağında önleme, atık minimizasyonu vb. gibi çalışmalar da yapılmalıdır.
KAYNAKLAR
Andrady, A. L. (2011). Microplastics in the marine environment. Marine pollution bulletin, 62(8), 1596-1605.
Arthur, C.; Baker, J.; Bamford, H. Proceedings of the International Research Workshop on the Occurrence, Effects and Fate of Microplastic Marine Debris, NOAA Technical Memorandum NOS-OR&R30; NOAA Marine Debris Program, National Oceanic and Atmospheric Administration, U.S. Department of Commerce: Silver Spring, MD, 2009.
Boerger, C.M., Lattin, G.L., Moore, S.L., Moore, C.J., 2010. Plastic ingestion by planktivorous fishes in the Nort Pacific central gyre. Mar. Pollut. Bull. 60, 2275- 2278.
Bogers, W. M., Oostermeijer, H., Mooij, P., Koopman, G., Verschoor, E. J., Davis, D., ... & Otten, G. R. (2014). Potent immune responses in rhesus macaques induced by non-viral delivery of a self-amplifying RNA vaccine expressing HIV- 1 envelope with a cationic nanoemulsion. Journal of Infectious Diseases, jiu522.
Browne, M. A., Galloway, T. S., & Thompson, R. C. (2010). Spatial patterns of plastic debris along estuarine shorelines. Environmental Science &
Technology, 44(9), 3404-3409.
Browne, M. A., Crump, P., Niven, S. J., Teuten, E., Tonkin, A., Galloway, T., &
Thompson, R. (2011). Accumulation of microplastic on shorelines woldwide:
sources and sinks. Environmental science & technology, 45(21), 9175-9179.
Browne, M.A., Niven, S.J., Galloway, T.S., Rowland, S.J., Thompson, R.C., 2013.
Microplastic moves pollutants and additivies to worms reducing functions linked to health and biodiversity. Curr. Biol. 23, 2388-2392.
Chang, M. (2015). Reducing microplastics from facial exfoliating cleansers in wastewater through treatment versus consumer product decisions. Marine pollution bulletin, 101(1), 330-333.
CIRFS European Man-made Fiber Association (2016).
http://www.cirfs.org/KeyStatistics/WorldManMadeFibresProduction.aspx.
Retrieved 2016-01-11.
Cole, M., Lindeque, P., Fileman, E., Halsband, C., Goodhead, R., et al., 2013.
Microplastic ingestion by zooplankton. Environ. Sci. Technol. 47, 6646-6655.
